عایق حرارتی

عایق

0

عایق حرارتی فرآیند کاهش انتقال حرارت بین اشیاء در تماس حرارتی یا در محدوده تاثیر تابشی است. عایق های حرارتی از مواد هدایت حرارتی کم تشکیل شده اند تا به یک هدایت حرارتی سیستم حتی پایین تر برسند . عایق بندی حرارتی را می توان با روش ها یا فرآیندهای ویژه مهندسی شده و همچنین با اشکال و مواد مناسب شیء به دست آورد.

  • عایق حرارتی به معنای جلوگیری از اتلاف گرما (انرژی گرمایی) از سیستم است.
  • عایق حرارتی فرایند کاهش انتقال حرارت بین اشیاء در تماس حرارتی یا در محدوده نفوذ تابشی است.
  • عایق حرارتی ماده یا ترکیبی از موادی است که در اثر جریان ، انتقال همرفت و تابش ، سرعت جریان حرارت را کاهش می دهد.

    چرا به عایق احتیاج داریم

    در مقایسه با استفاده از فناوری قدیمی مانند آتش سوزی ذغال سنگ باز ، اکثر وسایل گرمایشی مدرن در واقع بسیار کارآمد هستند. در نمودار زیر به میله های قرمز نگاه کنید و می بینید که ، برای هر ژول (واحد استاندارد مدرن اندازه گیری انرژی) سوخت که به آنها وارد می شوید ، به طور معمول حدود ۷۰ درصد دوباره به عنوان گرما (از نظر عملی ، این به معنای درصد راندمان سوخت است).

  • عایق حرارتی
  • نمودار: مقایسه هزینه و کارایی سوختهای مختلف. اینکه چقدر می توانید خانه خود را گرم کنید (و چه مقدار هزینه آن) به میزان زیادی به سوخت مورد استفاده شما بستگی دارد – که همیشه چیزی نیست که بتوانید به راحتی تغییر دهید. همانطور که در این نمودار نشان داده شده است ، سوخت های گرمایشی منازل به طور چشمگیری در هزینه متفاوت هستند (با برق گران ترین و زغال سنگ ارزان ترین) ، گرچه بیشتر آنها حدود ۷۰ درصد کارآمد یا بهتر هستند.
  •  چوبکم مصرف ترین سوخت است ، اما با توجه به هزینه کم ، در دسترس بودن و پایداری آن ، همواره مردم را آزار نمی دهد. حتی اگر زغال سنگ ارزانترین سوخت است ، کثیف بودن آن و سایر اشکالات زیست محیطی باعث شده است که در دهه های اخیر محبوبیت کمتری داشته باشد. گاز طبیعی محبوبیت خود را مدیون نسبی بودن آن کم هزینه و راندمان بالا است. میله های آبی موجود در این نمودار هزینه های دلار به ازای هر میلیون btu از ۹ سوخت مشترک مسکونی را نشان می دهد (محور عمودی را در سمت چپ بخوانید).
  •  میله های قرمز در کنار کارآیی هر سوخت را به عنوان درصد نشان می دهد (محور عمودی را در سمت راست بخوانید). (به نظر می رسد این جدیدترین داده های مقایسه ای EIA از سال ۲۰۱۹ است. داده های کارآیی واقعاً تغییر نمی کنند ، اما توجه داشته باشید که ممکن است قیمت ها اکنون کمی نادرست باشد.)
  • عایق حرارتی روی حرارت خود نگه دارید

    مشکل واقعی در مورد گرمایش منزل ، حفظ گرمای تولید شده است: در زمستان ، هوای اطراف خانه و خاک یا سنگی که در آن قرار دارد ، همیشه در دمای بسیار پایین تر از ساختمان قرار می گیرند ، بنابراین ، مهم نیست که گرمای شما چقدر کارآمد باشد ، خانه شما دیر یا زود گرما از دست خواهد داد.

    پاسخ این است که البته ، ایجاد یک نوع از منطقه بافر در بین خانه گرم شما و سرما در فضای باز است. این ایده اصلی عایق حرارتی است ، چیزی که بیشتر ما فکر می کنیم خیلی کم درباره آن فکر می کنیم. به گفته وزارت انرژی ایالات متحده ، فقط یک پنجم از خانه های ساخته شده قبل از سال ۱۹۸۰ به درستی عایق بندی شده اند. بنابراین ، همانطور که از نمودار زیر می بینید ، اکثر ما معتقدیم که خواص ما نسبت به آنچه در واقع عایق بندی شده بهتر هستند.

  • عایق حرارتی
  • نمودار: بیش از ۹۵ درصد خانه های ساخته شده در دهه ۱۹۹۰ و بعد از آن یا به خوبی یا به اندازه کافی عایق بندی شده اند ، طبق برداشت صاحبان آنها ، در مقایسه با فقط ۶۸ درصد ساخته شده قبل از سال ۱۹۵۰٫ (در واقعیت ، بسیاری از خانه ها بسیار ضعیف تر از صاحبان آنها اعتقاد دارند.) با استفاده از داده های [PDF] تصورات خانه داران از نقص عایق و پیش نویس در خانه در سال ۲۰۰۱ توسط بهجت حجتی ، مدیریت اطلاعات انرژی ایالات متحده ، ۲۰۰۴ ترسیم شده است.
  • چگونه گرما از خانه شما فرار می کند؟

    گرما از خانه فرار می کند؟ تلفات حرارتی درصدی خشن را از دیوارها ، سقف ، کف ، درها و پنجره ها نشان می دهد.

    اثر هنری: گرما در خانه معمولی از کجا فرار می کند؟ این بنا از ساختمان به ساختمان دیگر متفاوت است ، اما این تخمین های معمولی خشن و معمولی است. دیوارها بیشترین میزان گرما را به دست می دهند و درها و درها و پنجره ها ، سقف و کف آن قرار دارد.

    چرا در وهله اول گرما از خانه شما فرار می کند؟ برای درک آن ، کمک می کند تا کمی در مورد علم گرما آگاهی داشته باشید. همانطور که احتمالاً می دانید گرما به سه روش مختلف با فرآیندی به نام هدایت ، همرفت و تابش حرکت می کند. (اگر از تفاوت مطمئن نیستید ، برای یک سریع برداشت مجدد به مقاله اصلی ما در مورد گرما نگاهی بیندازید .) دانستن در مورد این سه نوع جریان گرما ، به راحتی می توانید بسیاری از راه هایی را که در آن خانه گرم و گرم دنج شما در حال نشت است ، مشاهده کرد. گرما به جهان سرد انجماد در اطراف آن:

    1. خانه شما روی خاک سرد یا سنگی ایستاده است ، بنابراین گرما با هدایت مستقیماً به زمین جریان می یابد.
    2. گرما با هدایت از طریق دیوارهای جامد و سقف خانه شما انجام می شود. در قسمت بیرونی ، دیوارهای بیرونی و کاشی های سقفی گرمتر از جو اطراف آنها است ، بنابراین هوای سرد در نزدیکی آنها گرم می شود و با همرفت جریان می یابد.
    3. خانه شما ممکن است فضای پیچیده بزرگی به نظر برسد و فضای زیادی در داخل آن رخ دهد اما از نظر فیزیک دقیقاً شبیه آتش آتش اردو در وسط محیطی وسیع و سرد است: دائماً گرما را به جو تابیده می کند.

    هرچه گرمای بیشتر از خانه شما فرار کند ، سردتر از داخل آن می شود ، بنابراین هر چه بیشتر بخواهید از گرمایشی خود استفاده کنید و هزینه بیشتری برای شما به همراه دارد. هرچه بیشتر از گرمایش خود استفاده کنید ، بیشتر سوخت در جایی (در خانه خود یا در یک ایستگاه نیروگاه ) سوزانده می شود ، گاز دی اکسید کربن بیشتر تولید می شود و گرم شدن کره زمین بدتر می شود. آن دور بهتر برای عایق بندی خانه شما و کاهش تلفات حرارتی. به این ترتیب ، شما باید از حرارت کمتری استفاده کنید. نکته مهم در مورد عایق بندی منازل این است که معمولاً در صورتحسابهای سوخت پایین تر به سرعت هزینه می کند. قبل از مدت طولانی ، حتی می تواند به شما پول بدل کند! و به سیاره هم کمک می کند.

    عایق حرارتی : چگونه عایق کاری کار می کند

    فرض کنید تازه یک قهوه داغ را به خودتان ریخته اید. یک قاعده اساسی فیزیک به نام قانون دوم ترمودینامیک می گوید هرگز این طور باقی نمی ماند: خیلی زود ، به جای آن یک فنجان قهوه سرد می شود. برای به تعویق انداختن اجتناب ناپذیر ، چه کاری می توانید انجام دهید؟ به نوعی باید فرار از گرما را با هدایت ، همرفت و تشعشع متوقف کنید.

    اولین کاری که می توانید انجام دهید ، قرار دادن درب آن است. با توقف هوای گرم افزایش و ریزش بالای فنجان ، می توانید با همرفت تلفات گرما را کاهش دهید. مقداری گرما نیز در زیر فنجان داغ درون میز سردی که روی آن قرار دارد از بین می رود. اگر بتوانید لیوان را با یک لایه هوا احاطه کنید ، چه می کنید؟ سپس هدایت بسیار کمی می تواند انجام شود. بنابراین ممکن است یک فنجان دوم در خارج از جام اول با شکاف هوا (یا بهتر بگوییم خلاء) در بین آن قرار داشته باشد. این همرفت و هدایت فقط مربوط به لیسیدن است ، اما اشعه چیست؟ اگر قرار بود فویل آلومینیومی را دور فنجان بیرونی بپیچانید ، بیشتر مادون قرمز استتابش قهوه ای که گرم می شود داخل آن بازتاب می یابد ، بنابراین باید آن مشکل را نیز حل کند. هر سه راه حل – درب ، شکاف هوا و روکش فلزی – و آنچه را دارید بطور موثر یک فلاسک خلاء استفاده کنید : روشی واقعاً مؤثر برای گرم نگه داشتن نوشیدنی های گرم. (همچنین سرد نگه داشتن نوشیدنی های سرد نیز مفید است ، زیرا جریان هوا را به همان میزان موثر متوقف می کند و باعث می شود جریان گرما متوقف شود.) شایان ذکر است ، فقط در گذر از زمان ، اکثر فروشگاه های غذای آماده ، نوشیدنی های گرم را در ظروف پلی استایرن با طعم تند به شما می دهند. آیا هرگز تعجب کرده ام که چرا؟ پاسخ این سادگی است که پلی استایرن (و بخصوص پلی استایرن منبسط شده ، پر از هوا – نوع خرد شده ای که در مواد بسته بندی به دست می آورید) عایق حرارتی فوق العاده ای است (جدول زیر را ببینید و جدول آن را بهتر از دو و سه برابر خواهید دید) لعاب)

    نمونه ای از مواد CVI با عایق خلاء جمع شده توسط US DOE NREL تهیه شده است

    عکس: در بالا: جاروهایی که با فلز پوشیده شده اند از بهترین عایق ها هستند اما همیشه برای مصارف روزمره مناسب نیستند. در اواخر دهه ۱۹۸۰ ، دو دانشمند که در آزمایشگاه ملی انرژی های تجدید پذیر ، دیوید بنسون و توماس پاتر کار می کردند ، یک روش عملی تر برای استفاده از این فناوری موسوم به عایق خلاء جمع و جور (CVI) ایجاد کردند . صفحات فلزی بیرونی ، که جدا از سرامیک های سرامیکی هستند ، یک خلاء عایق را درون آن می بندند. عکس توسط وارن گرتس از وزارت انرژی ایالات متحده / آزمایشگاه ملی انرژی های تجدید پذیر (DOE / NREL) تقدیر می شود .

    عکس: در زیر: ایده مشابهی در مورد محصولاتی مانند Superfoil است ، یک ماده عایق مقرون به صرفه که (اگر آن را جدا کنید) بسیار شبیه به بسته بندی حباب است ، فقط بین لایه های نازک فویل آلومینیوم به جای کاغذ ساندویچ می شود. طبق گفته سازندگان ، نسخه اصلی دارای مقدار R در حدود ۰٫۹۷-۲٫۳۳ است (بسته به جایی که از آن استفاده می کنید) ، اگرچه نسخه های ضخیم تر تا حدودی بهتر مدیریت می شوند.

    عایق کاری سطح فوقانی برای جدا کردن فویل و حباب در داخل از هم جدا شده است.

    بهترین روش برای عایق کاری منزل است

    متأسفانه ، ما نمی توانیم خانه هایمان را دقیقاً مانند یک فلاسک خلا ایجاد کنیم. برای تنفس باید هوا داشته باشیم ، بنابراین خلاء از این مسئله خارج نیست. بیشتر افراد نیز پنجره ها را دوست دارند ، بنابراین زندگی در یک صندوق بسته بندی شده با روکش فلزی نیز عملی نیست. اما با این وجود اصل اساسی کاهش تلفات گرما از رسانا ، همرفت و تشعشعات هنوز هم اعمال می شود.

    اگر می خواهید عایق خود را بهبود ببخشید ، باید با در نظر گرفتن هر راه ممکن که هوای سرد بتواند وارد خانه شما شود ، یک رویکرد بسیار منظم در پیش بگیرید و گرما می تواند فرار کند. شما باید به دور خود در کل ساختمان کار کنید و هر درب ، دیوار ، پنجره ، سقف و دیگر منابع احتمالی کاهش گرما را به نوبه خود جستجو کنید. چه مقدار عایق انفرادی دارید و می توانید با برخی دیگر کار کنید؟ آیا خانه شما برای عایق کاری دیوار حیاط مناسب است و آیا دوره پس انداز و بازپرداخت احتمالی را انجام داده اید؟ چقدر انرژی را از طریق آن پنجره های قدیمی ارسی قدیمی از دست می دهید؟ آیا به فکر سرمایه گذاری در قلاب دوزی ، لعاب ثانویه ، پرده های سنگین ، ورق های پلاستیکی متصل به مغناطیسی یا برخی دیگر از راه های رفع سرماخوردگی هستید؟

    دیوارها

    عکس: با پر کردن دیوارهای پر از عایق کف ، تلفات انرژی را از خانه خود کاهش دهید. این سازگار با محیط زیست با Icynene عایق بندی شده است ، یک ماده عایق پلاستیکی شبیه به مواد مورد استفاده در بالش و تشک. عکس توسط پل نورتون از وزارت انرژی ایالات متحده / آزمایشگاه ملی انرژی های تجدید پذیر (DOE / NREL).

    بسیاری از خانه ها دارای آنچه دیوارهای حفره ای نامیده می شوند دارای دو لایه آجر یا بلوک بین اتاق های داخلی و دنیای بیرون و شکاف هوا بین دیوارها هستند. شکاف هوا باعث کاهش تلفات گرما از دیوارها توسط هادی و همرفت می شود. جابجایی ، زیرا هوا نسبتاً کمی بین دیوارها وجود دارد و در آن مهر و موم شده است ، بنابراین جریان های همرفت واقعاً نمی توانند گردش کنند.

    هوا به خودی خود بهترین عایق بندی شده بین دیواره های شما نیست. در واقع پر کردن حفره های موجود در دیواره های شما با فوم در حال گسترش و یا یک ماده عایق کاری بسیار خوب که باعث فرار از گرما می شود بسیار موثرتر است. عایق کاری دیوار حفره ، همانطور که مشخص است ، فقط چند ساعت طول می کشد تا نصب شود و هزینه نسبتاً کمی دارد. دیواره های حفره غالباً پر از مواد پر از هوا و پر از هوا مانند ورمیکولیت ، کاغذ بازیافت شده خرد شده یا الیاف شیشه ای می شوند (مخصوص اینکه آنها را ضد حریق کند). این مواد دقیقاً به همان روشی که لباس شما کار می کند کار می کنند: لایه های اضافی لباس شما را با به دام انداختن هوا گرمتر می کند – و هوا به همان اندازه (یا بیشتر از خود) لباس است که گرمازدگی را متوقف می کند

    بهترین مواد عایق حرارتی ، عایق بندی خانگی چیست؟

    برخی از اشکال عایق بهتر از سایرین هستند ، اما چگونه می توانید آنها را مقایسه کنید؟ بهترین راه این است که به دنبال اندازه گیری هایی به نام مقادیر R و مقادیر U باشید.

    مقادیر R

    مقدار R ماده مقاومت حرارتی آن است: چقدر در برابر گرمای موجود در آن مقاومت می کند. هرچه این مقدار بیشتر باشد ، مقاومت بیشتری نیز خواهد داشت و به عنوان یک عایق گرما ماده موثرتر است.

    • شیشه منفرد: ۰٫۹٫
    • هوا: ۱ (فاصله هوای ۰٫۵-۴ اینچی).
    • دو جداره: ۲٫۰ (با فاصله ۰٫۵ اینچی هوا).
    • ورمیکولیت: ۲٫۵ در هر اینچ.
    • فایبرگلاس: ۳ در هر اینچ.
    • سه جداره: ۳٫۲ (با فاصله هوا ۰٫۵ اینچ).
    • پلی استایرن گسترده: ۴ در اینچ.
    • پلی اورتان: ۶-۷ در هر اینچ
    • پلی لیزوسیورات (فویل): ۷ در هر اینچ.
    • Airgel: عایق های فضا: ۱۰

    عکس: شما می توانید با ساخت خانه خود بر روی یک عایق ضخیم مثل این ، که دارای ارزش R 30 است ، تلفات گرما را از طریق کف خود کاهش دهید. .

    مقادیر U

    یکی دیگر از اندازه گیری های متداول که می بینید مقدار U نامیده می شود و این مقدار کل گرمای از دست رفته در اثر ضخامت معین مواد عایق است. هرچه مقدار U پایین تر باشد ، جریان گرما کمتر می شود و ماده به عنوان عایق کار بهتری می کند (بنابراین این نقطه خلاف ارزش R است ، جایی که مقادیر بالاتر بهتر است). مقادیر U و ارزشهای R کاملاً مفاهیم مرتبط هستند ، اما مقادیر U دقیق تر هستند. در جایی که مقادیر R فقط ضررهای هدایت را در نظر می گیرند ، مقادیر U ضررهای ناشی از هدایت ، تابش و انتقال را در نظر می گیرند. ضرر هدایت متقابل از مقدار R است (که مقدار آن با مقدار R تقسیم می شود) ، پس از آن پرتونگاری و تلفات همرفت را بر آن افزوده می کنید تا مقدار کل U را بدست آورید.

    به طور کلی ، ما فقط علاقه مند به مقایسه مواد مختلف هستیم ، بنابراین تنها چیزی که باید به خاطر بسپارید این است که مقادیر زیاد R و ارزش U پایین ، چیزهای خوبی هستند.

    منبع :explainthatstuff.com

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.